Становление химии как науки

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Процесс зарождения и  формирования химии как науки был длительным по времени, сложным и противоречивым по содержанию. Истоки химических знаний уходят далеко в прошлое. Причиной зарождения химии была потребность человека получить необходимые вещества для своей жизни. Для этого нужно было научиться производить из одних веществ другие, которые обладали бы необходимы свойствами, осуществить их качественные превращения.

Химия зародилась как  «искусство превращения неблагородных  металлов в благородные». В 1882 г. Менделеев  определяет ее как «учение об элементах и их соединениях». В настоящее время определение химии значительно отличается от менделеевского: «Химия-наука о веществах, их составе, строении, свойствах, взаимных превращениях и законах этих превращений».¹

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ХИМИЯ КАК НАУКА  О ВЕЩЕСТВАХ

1.1. Общее понятие химии

Предметом изучения химии  являются вещества и их взаимные превращения. Химия – это наука о веществах и законах, которым подчиняются их превращения.

Слово «химия» получило широкое распространение с начала XVIII века. На многих языках оно имеет сходное звучание: chemistry ('кемистри) – на английском, сhemie (хе'ми) – на немецком. Корни «хем» или «хим» содержатся в соответствующих терминах и на многих других языках. Однако до сих пор не удалось определить, когда появилось слово «химия» и какой смысл в него первоначально вкладывался. Многие исследователи склоняются к тому, что это слово происходит от «Кеми» – «Черная страна». Так в древней Греции называли Египет, где возникло «священное искусство химии». Это же слово относилось к цвету почвы в долине Нила. Смысл такого названия – «египетская наука». Однако в древнегреческом языке были другие схожие по звучанию слова. «Химос» или «хюмос» означало «сок»; это понятие встречается в рукописях, содержащих информацию по медицине и способам приготовления лекарств. «Хима» или «хюма» переводится как литье и относится к искусству выплавки металлов. «Хемевсис» означает «смешивание», являющееся важнейшей стадией большинства химических процессов. Термин «химия» в смысле «настаивание», «наливание» первым использовал греческий философ и естествоиспытатель Зосима Панополитанский на рубеже IV и V веков.

Исторически сложились  два основных раздела химии: неорганическая химия, изучающая в первую очередь  химические элементы и образуемые ими  простые и сложные вещества (кроме соединений углерода), и органическая химия, предметом изучения которой являются соединения углерода с другими элементами (органические вещества). До конца 18 в. термины «неорганическая химия» и «органическая химия» указывали лишь на то, из какого «царства» природы (минерального, растительного или животного) получались те или иные соединения. Начиная с 19 века эти термины стали указывать на присутствие или отсутствие углерода в данном веществе. Затем они приобрели новое, более широкое значение. Неорганическая химия соприкасается прежде всего с геохимией и далее с минералогией и геологией, т. е. с науками о неорганической природе.

Органическая химия  представляет отрасль химии, которая  изучает различные соединения углерода вплоть до сложнейших биополимерных веществ; через органическую и биоорганическую химию Химия граничит с биохимией и далее с биологией, т. е. с совокупностью наук о живой природе. На стыке между неорганической и органической химией находится область элементоорганических соединений.

В химии постепенно выработались представления о структурных уровнях организации вещества. Усложнение вещества, начиная от низшего, атомарного, проходит ступени молекулярных, макромолекулярных, или высокомолекулярных, соединений (полимер), затем межмолекулярных (комплекс, клатрат, катенан), наконец, многообразных макроструктур (кристалл, мицелла) вплоть до неопределённых нестехиометрических образований. Постепенно сложились и обособились соответствующие дисциплины: химия комплексных соединений, полимеров, кристаллохимия, учения о дисперсных системах и поверхностных явлениях, сплавах и др.

1.2. Предмет и структура  химии

Современная химия тесно  связана как с другими науками, так и со всеми отраслями народного  хозяйства. Качественная особенность  химической формы движения материи и её переходов в другие формы движения обусловливает разносторонность химической науки и её связей с областями знания, изучающими и более низшие, и более высшие формы движения. Познание химической формы движения материи обогащает общее учение о развитии природы, эволюции вещества во Вселенной, содействует становлению целостной материалистической картины мира. Соприкосновение химии с другими науками порождает специфические области взаимного их проникновения. Так, области перехода между химией и физикой представлены физической химией и химической физикой. Между химией и биологией, химией и геологией возникли особые пограничные области - геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярная биология. Важнейшие законы химии формулируются на математическом языке, и теоретическая химия не может развиваться без математики.

Исследование химических объектов и явлений физическими методами, установление закономерностей химических превращений, исходя из общих принципов физики, лежит в основе физической химии. К этой области химии относится ряд в значительной мере самостоятельных дисциплин: химическая термодинамика, химическая кинетика, электрохимия, коллоидная химия, квантовая химия и учение о строении и свойствах молекул, ионов, радикалов, радиационная химия, фотохимия, учения о катализе, химических равновесиях, растворах и другие. Самостоятельный характер приобрела аналитическая химия, методы которой широко применяются во всех областях химии и химической промышленности. В областях практического приложения химии возникли такие науки и научные дисциплины, как химическая технология с множеством её отраслей, металлургия, агрохимия, медицинская химия, судебная химия и др.

Каждое из химических веществ имеет свое внутреннее строение и может вступать в химические реакции. Эти два аспекта взаимосвязаны. Внутреннее строение обусловливает химические свойства, а по химическим свойствам можно говорить о строении вещества. В то же время невозможно одновременно исследовать и строение и химические свойства вещества, поскольку в ходе химической реакции структура вещества неизбежно изменяется. Изучение строения и реакционной способности химических веществ, создание веществ и материалов с заранее заданными свойствами – основные задачи химической науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ХИМИИ

При изучении истории  развития химии возможны два взаимно  дополняющих подхода: хронологический  и содержательный.

Содержательный подход к истории химии основывается на изучении того, как изменялись со временем теоретические основы науки. По причине изменений в теориях на всем протяжении существования химии постоянно менялось ее определение.

Основной задачей содержательного  подхода к истории химии является, говоря словами Д. И. Менделеева, выделение "неизменного и общего в изменяемом и частном". Таким неизменным и общим для химических знаний всех исторических периодов является цель химии. Именно цель науки – не только теоретический, но и исторический её стержень.

Целью химии на всех этапах её развития является получение вещества с заданными свойствами. Эта цель, иногда именуемая основной проблемой химии, включает в себя две важнейших задачи – практическую и теоретическую, которые не могут быть решены отдельно друг от друга. Получение вещества с заданными свойствами не может быть реализовано без определения способов управления свойствами вещества, или, что то же самое, без понимания причин происхождения и обусловленности свойств вещества. Таким образом, химия есть одновременно и цель и средство, и теория и практика.

При хронологическом  подходе историю химии принято подразделять на несколько периодов. Следует учесть, что периодизация истории химии, будучи достаточно условной и относительной, имеет скорее дидактический смысл. При этом на поздних этапах развития науки в связи с её дифференциацией неизбежно отхождение от хронологического порядка изложения, поскольку приходится отдельно рассматривать развитие каждого из основных разделов науки.

Как правило, большинство  историков химии выделяют следующие  основные этапы её развития:²

1. Предалхемический период (до III века н.э.)

В предалхимическом периоде  теоретический и практический аспекты  знаний о веществе развивались относительно независимо друг от друга. Происхождение свойств вещества рассматривала античная натурфилософия, практические операции с веществом являлись прерогативой ремесленной химии.

2. Алхимический период ( III - XVI вв. )

Алхимический период, в свою очередь, разделяется на три  подпериода:

1. александрийский
2. арабский
3. европейский

Алхимический период – время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов, получения благородных металлов из неблагородных.

В этом периоде происходит зарождение экспериментальной химии  и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная на античных философских представлениях об элементах, тесно связана с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также и созданием уникальной системы мистической философии.

3. Период становления  ( XVII – XVIII вв. )

В период становления  химии как науки происходит её полная рационализация. Химия избавляется от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод. Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.

4. Период количественных законов, атомно-молекулярной теории (1789 – 1860 гг.)

Период количественных законов, ознаменовавшийся открытием  главных количественных закономерностей  химии – стехиометрических законов, и формированием атомно-молекулярной теории, окончательно завершает превращение химии в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении.

 

5. Период классической  химии (1860 г. – конец XIX в.)

Период классической химии характеризуется стремительным  развитием науки: создаётся периодическая система элементов, теория валентности и химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика и химическая кинетика; блестящих успехов достигают прикладная неорганическая химия и органический синтез.  В связи с ростом объёма знаний о веществе и его свойствах начинается дифференциация химии – выделение её отдельных ветвей, приобретающих черты самостоятельных наук.

2.1. Очерк исторического  развития химии

2.1.1. Химия древности.

Химия, наука о составе  веществ и их превращениях, начинается с открытия человеком способности огня изменять природные материалы. Люди научились выплавлять медь и бронзу, обжигать глиняные изделия, получать стекло еще за 4000 лет до н.э.³ К 7 в. до н.э. Египет и Месопотамия стали центрами производства красителей; там же получали в чистом виде золото, серебро и другие металлы. Примерно с 1500 до 350 до н.э. для производства красителей использовали перегонку, а металлы выплавляли из руд, смешивая их с древесным углем и продувая через горящую смесь воздух. Самим процедурам превращения природных материалов придавали мистический смысл. 

 
2.1.2. Греческая натурфилософия.

Мифологические идеи проникли в Грецию через Фалеса Милетского, который возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии – воде. Однако греческих философов интересовали не способы получения веществ и их практическое использование, а главным образом суть происходящих в мире процессов. Так, древнегреческий философ Анаксимен утверждал, что первооснова Вселенной – воздух: при разрежении воздух превращается в огонь, а по мере сгущения становится водой, затем землей и, наконец, камнем. Гераклит Эфесский пытался объяснить явления природы, постулируя в качестве первоэлемента огонь.

Четыре первоэлемента. Эти представления были объединены в натурфилософии Эмпедокла из Агригента – создателя теории четырех начал мироздания. В различных вариантах его теория властвовала над умами людей более двух тысячелетий. Согласно Эмпедоклу, все материальные объекты образуются при соединении вечных и неизменных элементов-стихий – воды, воздуха, земли и огня – под действием космических сил любви и ненависти. Теорию элементов Эмпедокла приняли и развили сначала Платон, уточнивший, что нематериальные силы добра и зла могут превращать эти элементы один в другой, а затем Аристотель. 

Согласно Аристотелю, элементы-стихии – это не материальные субстанции, а носители определенных качеств  – тепла, холода, сухости и влажности. Этот взгляд трансформировался в  идею четырех «соков» Галена и  господствовал в науке вплоть до 17 в. 

Другим важным вопросом, занимавшим греческих натурфилософов, был вопрос о делимости материи. Родоначальниками концепции, получившей впоследствии название «атомистической», были Левкипп, его ученик Демокрит и Эпикур. Согласно их учению, существуют только пустота и атомы – неделимые материальные элементы, вечные, неразрушимые, непроницаемые, различающиеся формой, положением в пустоте и величиной; из их «вихря» образуются все тела. Атомистическая теория оставалась непопулярной в течение двух тысячелетий после Демокрита, но не исчезла полностью. Одним из ее приверженцев стал древнегреческий поэт Тит Лукреций Кар, изложивший взгляды Демокрита и Эпикура в поэме «О природе вещей» (De Rerum Natura).⁴